11.13 Tepelná emisivita betonu

Podobné dokumenty
Měření teploty v budovách

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

Infračervený teploměr

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

AX Návod k obsluze. UPOZORNĚNÍ: Tento návod popisuje tři modely, které jsou odlišeny označením model A, B a C. A B C.

PYROMETR AX Návod k obsluze

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

Fyzikální podstata DPZ

A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

CW01 - Teorie měření a regulace

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

Bezkontaktní me ř ení teploty

Bezkontaktní termografie

Analýza sálavého toku podlahového a stropního vytápění Výzkumná zpráva

e, přičemž R Pro termistor, který máte k dispozici, platí rovnice

NÁVOD AC 2043Q. Laserový teploměr. ACI - Auto Components International, s.r.o

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

M e P S. Vyzařující plocha S je konstantní stejně jako σ a pokud těleso odvádí energii jen zářením

Vyzařování černého tělesa, termoelektrický jev, závislost odporu na teplotě.

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

3. STANOVENÍ RYCHLOSTI PROPUSTNOSTI PRO PLYNY U PLASTOVÝCH FÓLIÍ

16. MĚŘENÍ TEPLOTNÍ VYZAŘOVACÍ CHARAKTERISTIKY VOLFRAMOVÉHO VLÁKNA PYROMETREM

9. MĚŘENÍ TEPELNÉ VODIVOSTI

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory. Úloha č. 5: Měření teploty

PYROMETR S TEPLOTNÍ SONDOU AX Návod k obsluze

Otáčkoměr MS6208B R298B

Ruční bezdotykový teploměr Více jistoty při měření díky dvoubodovému laseru

Infračervený teploměr

Měření součinitele smykového tření dynamickou metodou

Vyhodnocení součinitele alfa z dat naměřených v reálných podmínkách při teplotách 80 C a pokojové teplotě.

Vnitřní energie, práce a teplo

TERMOGRAFIE A PRŮVZDUŠNOST LOP

pracovní list studenta

Infračervený teploměr

Infračervený teploměr

102FYZB-Termomechanika

TERMOGRAFIE A PRŮVZDUŠNOST LOP

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

I. diskusní fórum. Možnosti zajištění kvality stavby (diagnostická metoda infračervená termografie) VZDĚLÁVACÍ MATERIÁL O DISKUTOVANÉM TÉMATU

Laboratorní práce č. 2: Určení měrné tepelné kapacity látky

Příručka pro infračervenou měřicí techniku

1. Změřte Hallovo napětí v Ge v závislosti na proudu tekoucím vzorkem, magnetické indukci a teplotě. 2. Stanovte šířku zakázaného pásu W v Ge.

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Průzkum kvality termohrnků

Pozorování emise a absorpce tepelného záření tělesy

Fyzika. Pracovní list č. 5 Téma: Měření teploty, relativní vlhkosti, rosného bodu, absolutní vlhkosti. Mgr. Libor Lepík. Student a konkurenceschopnost

osdílení tepla zářením - radiace

Školení CIUR termografie

Měření měrné tepelné kapacity látek kalorimetrem

Dětský teploměr. Uživatelská příručka. a) Stisk na 3 s režim měření: B/O = Body/ /Object (Tělo/Předmět) stisk Zapnout/Vypnout displej c) Mínus

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

BEZDOTYKOVÉ TEPLOMĚRY

T- MaR. Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. Podmínky názvy. 1.c-pod. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

Měření prostupu tepla

Bezkontaktní teploměry pyrometry AX Návod k obsluze

Bezkontaktní pyrometr s nastavitelnou emisivitou AX Návod k obsluze

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory. Úloha č. 5: Měření teploty

Fyzikální praktikum z molekulové fyziky a termodynamiky KEF/FP3. Teplotní záření, Stefan-Boltzmannův zákon

17. Celá čísla.notebook. December 11, 2015 CELÁ ČÍSLA

Obrázek 8.1: Základní části slunečního kolektoru

Měření odrazu světla

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Hodnoty součinitele odporu C pro různé tvary těles, převzato z [4].

Projekt FRVŠ č: 389/2007

Stanovení měrného tepla pevných látek

Identifikátor materiálu: ICT 2 54

Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název DUM: Teplota Číslo DUM: III/2/FY/2/1/13 Vzdělávací předmět: Fyzika Tematická oblast: Fyzikální veličiny

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Termokamera ve výuce fyziky

Teorie měření a regulace

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Měření teploty, měření vlhkosti vzduchu

FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 8: Závislost odporu termistoru na teplotě

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

pracovní list studenta

Teploměr - Bezkontaktní zdravotní infračervený 32 C~43 C s LCD displejem

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Fyzikální praktikum III

Laboratorní práce Inspektorem staveb kolem nás

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Zobrazení v IR oblasti s využitím termocitlivých fólií

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Ověření funkčnosti ultrazvukového detektoru vzdálenosti

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

MĚŘENÍ RELATIVNÍ VLHKOSTI. - pro měření relativní vlhkosti se používají metody měření

Test laminátové plovoucí podlahy vyhřívané folií ECOFILM

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

1. Určete závislost povrchového napětí σ na objemové koncentraci c roztoku etylalkoholu ve vodě odtrhávací metodou.

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

Technologie a procesy sušení dřeva

Laboratorní úloha č. 4 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ PNEUMATICKÝCH A ODPOROVÝCH TEPLOMĚRŮ

5. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Úloha č.1: Stanovení molární tepelné kapacity plynu za konstantního tlaku

Transkript:

11.13 Tepelná emisivita betonu Tepelně vyzařují všechna tělesa, jejichž teplota je větší, jak nula stupňů Kelvina (-73,15 o C). K tepelnému záření se vztahují čtyři základní fyzikální zákony: Planckův vyzařovací zákon, Wienův posunovací zákon, Stefan-Boltzmanův zákon a Kirchhoffův zákon. První tři zákony se týkají tepelného záření absolutně černého tělesa (modelové těleso, které vyzařuje nejvíce ze všech těles), avšak Kirchoffův zákon se týká vyzařování především šedých těles (reálná tělesa, která nás obklopují). O těchto zákonech je blíže pojednáno v elektronických skriptech k předmětu CB001, takže by nebylo účelné výklad těchto zákonů opakovat. Na základě Kirchoffova zákona můžeme integrální intenzitu tepelného záření H vydávané povrchem šedých těles vyjádřit pomocí redukované intenzity vydávané absolutně černým tělesem, které má stejnou teplotou povrchu T, jako šedé těleso. Redukci integrální intenzity absolutně černého tělesa H b provádíme integrální emisivitou (vedle integrální emisivity se zavádí také spektrální emisivita, která závisí na vlnové délce tepleného záření). Integrální emisivita je - přibližně řečeno - materiálovou konstantou, jejíž hodnota se pohybuje v intervalu nula až jedna. 8 H T, Hb T 1, (0;1), 5,67 10 Wm - K - (1) Absolutně černý povrch má emisivitu rovnu jedné (vše pohlcuje, nic neodráží), kdežto tuhé šedé povrchy mají emisivitu menší než jedna (částečně pohlcují, částečně odráží, ale nic nepropouští - objemem tuhých těles se teplo šíří vedením, nikoliv zářením). Tepelná emisivita, jakožto materiálová konstanta, hraje významnou roli při výpočtu vyzářené tepelné energie, což je například zcela zásadní při oceňování tepelného přenosu v interiérech budov a výpočtu tepelných ztrát. Emisivita ovšem není konstantou v absolutním smyslu, protože jeví závislost na některých dalších fyzikálních veličinách. K těmto veličinám patří např. teplota povrchu, tvar povrchu (konvexní, konkávní), stav povrchu (hrubý, hladký), vlhkost povrchu, rozsah vyzařovaných vlnových délek tepelného záření, směr vyzařování apod. V této laboratorní práci se zaměříme především na materiálovou závislost integrální emisivity. Hodnoty emisivit budou určovány u vzorku betonu při různých teplotách pomocí dvou teploměrů, z nichž jeden je kontaktní a druhý bezkontaktní. Teploty obou teploměrů se budou lišit, poněvadž bezkontaktní teploměr je cejchován vzhledem k černému tělesu, jehož emisivita je rovna jedné. Tento bezkontaktní teploměr bude mít stabilně nastavenu hodnotu emisivity rovnu jedné, a proto teplotu, kterou bude ukazovat, budeme označovat jako T 1. Kontaktní teploměr nám ukáže skutečnou teplotu vzorku T. Teplota přečtená z bezkontaktního teploměru bude menší, než teplota zjištěná kontaktním teploměrem ( T 1 T ). Obě teploty budeme měřit současně, takže vzorek betonu bude vyzařovat tepelnou energii H T a tuto energii bude registrovat bezkontaktní teploměr H, tj. b T 1 H H b T T 1, T 1 T () Teplota T 1 je vlastně pomyslná teplota, kterou by mělo absolutně černé těleso, kdyby vyzařovalo energii odpovídající šedému tělesu se skutečnou teplotou T. Rovnice () nahrazuje šedé těleso pomyslným černým tělesem. Pomocí poměru teplot () budeme počítat emisivitu. Měření bude probíhat tak, že nejdříve zahřejeme vzorek betonu na teplotu, která bude nejméně o 5 o C nad pokojovou teplotou. K tomu účelu bude k dispozici malý vařič. Teplý 1

vzorek se pak pomocí termo-rukavice přemístí z vařiče na měřící místo a počká se, až se setrvačný vzrůst teploty vzorku zastaví. Jakmile teplota vzorku poklesne o 3 o C, zahájí se měření v předepsaných časových intervalech oběma teploměry současně. K tomuto způsobu měření je ale nutné dodat, že měření pomocí bezkontaktního teploměru je ovlivněno radiační teplotou okolí, která je blízká pokojové teplotě. Vliv radiační teploty na měření lze jen stěží eliminovat, a proto zahříváme vzorek dostatečně vysoko nad pokojovou teplotu, abychom dostatečně zesílili zářivý tepelný "signál" ze vzorku, který se tak stává dominantní, kdežto radiační "signál" z okolí je pak jen druhořadý a lze jej zanedbat. To ovšem platí jen pro dostatečně vysoké teploty vzorku. Jakmile se chladnoucí vzorek začne přibližovat pokojové teplotě, oba "signály" se stávají srovnatelně silné a při teplotě vzorku dostatečně blízké k pokojové teplotě začne radiační "signál" dominovat a emisivita vzorku je pak neměřitelná, protože se měří vlastně jen vliv okolí. Toto chování lze pozorovat na obou měřených teplotách T a T 1. S chladnoucím vzorkem se rozdíl mezi teplotami zmenšuje, až u teplot vzorku dostatečně blízkých k pokojové teplotě se hodnoty T a T 1 vyrovnávají, takže hodnota emisivity počítaná podle poměru () se přibližuje jedničce, což je známkou toho, že jsme se dostali do dominantního vlivu okolní radiační teploty a výsledky měření pak již nelze považovat za věrohodné. Úkol: 1) Stanovte hodnoty tepelné emisivity vzorku betonu při různých teplotách materiálu. ) Ověřte vliv radiační teploty okolí, tj. ověřte postupné vyrovnávání teplot T a T 1 v závislosti na chladnoucím vzorku. Vyneste graf závislosti T f( T), kde T T T 1. Graf proložte polynomem druhého stupně T c bt at (metoda nejmenších čtverců) a z podmínky T 0 vypočítejte teplotu Tmin, při které je experiment řízen dominantně radiační teplotou okolí. 3) Vyneste graf závislosti emisivity na teplotě vzorku f ( T ), proložte jej polynomem druhého stupně cbt at (metoda nejmenších čtverců). Technická literatura (viz tabulka 1) udává hodnoty emisivit betonu 0.88 až 0.93 při teplotě 7 o C. Položením 0,93 vypočítejte z rovnice polynomu teplotu vzorku T max, která v našem experimentu zaručuje pravděpodobnou emisivitu 0,93. Takto zjištěná teplota vzorku nás informuje o tom, kde začíná oblast dominantního působení teplotního "signálu" vzorku a kdy je upozaděn vliv radiační teploty laboratorní místnosti. ) Jakmile budete znát hodnotu teploty Tmax, zjistěte aritmetický průměr naměřených při teplotách vyšších než je teplota Tmax, tj. průměrné hodnotu emisivity okolí teploty T max závislosti na teplotě mění jen pomalu. z emisivit pro T T max. Tuto je možno přibližně považovat za průměrnou hodnotu odpovídající a potažmo celému měřenému intervalu teplot, neboť emisivita se v

Pomůcky: Vzorek betonu se zabudovaným čidlem kontaktního teploměru Dotykový teploměr Bezdotykový teploměr Postup měření: 1) Bezdotykový teploměr má podobu pistole se spouští dole na rukojeti. Po stisknutí spouště se rozsvítí dvě laserové stopy, které je nutné zaměřit na dvě červeně vyznačené skvrny na vzorku betonu. Stačí přidržet nad vzorkem z malé vzdálenosti tak, aby se laserové stopy kryli s červenými stopami na vzorku, pak počkat asi 3 vteřiny na ustálení hodnot, uvolnit spoušť, oddálit teploměr a přečíst teplotu na displeji teploměru, který podrží hodnotu teploty ještě malou chvíli, než pohasne. Bezdotykový teploměr je uložen celou dobu mimo vzorek a měří se s ním jen v okamžiku uplynutí dalšího časového intervalu. Vyzkoušejte si celou proceduru měření bezdotykovým teploměrem na studeném vzorku. Až si nacvičíte rychlé zaměření barevných skvrn na vzorku a pohotové ovládání a čtení z teploměru, pak pokračujte k bodu ). Při manipulaci s bezdotykovým teploměrem je třeba opatrnosti, aby laserové stopy nedopadly do lidského oka - hrozí poškození zraku. ) Přeneste dřevěný deskový podnos s celým zařízením k vařiči. Zapněte kontaktní teploměr. Chladný vzorek betonu opatrně přesuňte na plotnu vařiče a pak vařič zapněte na maximum. Vzorek betonu zahřívejte tak dlouho, až kontaktní teploměr ukáže hodnotu 65 o C, pak okamžitě vařič vypněte, ihned uchopte horký vzorek pomocí termo-rukavice a přemístěte jej na dřevěný měřící podnos a vraťte se s ním na své místo v laboratoři. Zde vyčkejte, až se setrvačný vzrůst teploty vzorku zastaví. Jakmile teplota vzorku poklesne o 3 o C, zahajte měření - v předepsaných časových intervalech zapisujte do tabulky teploty zjištěné na obou teploměrech (viz tabulka 1 s příkladem měření). Publikované hodnoty emisivit některých materiálů s teplotou 7 o C. (Nebyl uveden stav povrchu ani metoda měření). Materiál Emisivita Ocel (leštěná) 0,10 Hliníková fólie 0,05 Hliník(eloxovaný) 0,15-0,69 Nerezová ocel (leštěná) 0,0 Nikl (oxidovaný) 0,37 Látka textilní 0,90 Dřevo 0,8-0,9 Papír 0,9-0,97 Beton 0,88-0,93 Cihla (červená) 0,93-96 3

Příklad měření: Tab. 1 Naměřené hodnoty teplot v průběhu chladnutí vzorku betonu (pokojová teplota o C, vlhkost vzduchu 50% ). t/min t/s T / o C T ε=1 / o C T=T- T ε=1 / o C ε=[(73,15+ T ε=1 )/(73015+T)] 0 0 73,9 68,1 5,8 0,93808 1 60 71,7 6,8 6,9 0,9335 10 69, 6,1 7,3 0,9173 3 180 67 60,5 6,5 0,9576 0 6,8 58, 6,6 0,911 5 300 61, 55,7 5,7 0,933571 6 360 59, 53,5 5,7 0,9331 7 0 57, 5 5, 0,938508 8 80 55,3 50,1 5, 0,93816 9 50 53,3 8,,9 0,9198 10 600 51,6 7,, 0,96896 11 660 9,9 5,7, 0,99001 1 70 8,5,6 3,9 0,95375 13 780 7 3, 3,6 0,95577 1 80 5,7 3,7 0,95385 16 960 3,6 0, 3, 0,960198 18 1080 1, 38,8,6 0,96735 0 100 39,5 37,,3 0,970897 130 38 36 0,97536 10 36,5 3,9 1,6 0,97991 6 1560 35,3 3 1,3 0,9838 30 1800 33, 3,1 1,3 0,98315 0 00 9,7 9, 0,5 0,9931 50 3000 7,8 7,8 0 1 Obr. 1 Závislost teplotního rozdílu na teplotě vzorku. T 0, 0003T 0,3598T 8, 6331 T 0 Tmin 8,6 o C

Obr. Závislost emisivity na teplotě vzorku. 5 3, 0068510 T 0, 0076T 1,11077 0,93 T max 63, o C 0,91... pro T Tmax Diskuse výsledů měření:... 5